JP2010008789A - Optical member, optical system having the same, and optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学部材と、これを有する光学系と光学装置に関する。 The present invention relates to an optical member, an optical system having the optical member, and an optical apparatus.
肉眼で観察する光学系では、観察している物体あるいは得られる画像と対象物との色差が少ないことが重要であるが、光学系内部の光学部品に入射する光線の入射角度が変化することで色差が発生することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
従来の光学部品では、入射する光線の入射角度の変化に起因する色差を抑えることまでは対応できていなかった。 Conventional optical components have not been able to cope with suppressing the color difference caused by the change in the incident angle of the incident light beam.
上記課題を解決するため、本発明は、可視光の光線の入射角度が30度以上で使用される光学部材であって、前記光学部材は、前記可視光の分光特性に2から4の極大値を有し、当該光学部材への光線の入射角度が変化したとき、使用する光源の前記可視光の分光特性とCIE3刺激値x、y、zとの積のピーク波長λx、λy、λz近傍における該光学部材の分光特性の変動幅が20%以内に形成されていることを特徴とする光学部材を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention is an optical member that is used at an incident angle of visible light rays of 30 degrees or more, and the optical member has a maximum value of 2 to 4 in the spectral characteristics of the visible light. And when the incident angle of the light beam to the optical member changes, the product of the spectral characteristic of the visible light of the light source used and the CIE tristimulus values x, y, z is near the peak wavelengths λx, λy, λz. The optical member is characterized in that the fluctuation range of the spectral characteristics of the optical member is formed within 20%.
また、本発明は、前記光学部材を光路中に有することを特徴とする光学系を提供する。 The present invention also provides an optical system having the optical member in an optical path.
また、本発明は、前記光学系を有することを特徴とする光学装置を提供する。 Moreover, this invention provides the optical apparatus characterized by having the said optical system.
本発明によれば、光線の入射角度の変化に起因する色差を抑えることができる光学部材と、これを有する光学系と光学装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical member which can suppress the color difference resulting from the change of the incident angle of a light ray, an optical system and an optical apparatus which have this can be provided.
以下、本発明の一実施の形態に係る光学部材について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、発明の理解の容易化のためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。 Hereinafter, an optical member according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are merely for facilitating understanding of the invention, and excluding additions and substitutions that can be performed by those skilled in the art without departing from the technical idea of the present invention. It is not intended.
図1は、D65光源特性とCIE3刺激値とを掛け合わせた刺激値の分光特性を示す。図2は、実施の形態に係る光学部材の分光反射率特性を示す。図3は、実施の形態に係る光学部材への光線入射角度とCIE色座標値を示す。図4は実施の形態に係る光学部材を有するカメラの概略構成図を示す。 Figure 1 shows the spectral characteristics of the stimulus value obtained by multiplying the illuminant D 65 characteristics and CIE3 stimulus value. FIG. 2 shows spectral reflectance characteristics of the optical member according to the embodiment. FIG. 3 shows the light incident angle and the CIE color coordinate value on the optical member according to the embodiment. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a camera having an optical member according to the embodiment.
はじめに、肉眼観察における色差の補正方法について簡単に説明する。肉眼における表色系は、CIE(国際照明委員会)規格で示されるように、可視光である380nmから780nmに亘る波長域で、使用する光源の分光特性と3刺激値x、y、zと物体の分光特性(分光反射率、分光透過率等)によって色を感じている。また、光源の分光特性と3刺激値x、y、zとを掛け合わせた刺激値においてピーク値を示す波長λx、λy、λz近傍の分光特性の変化が小さければ、これ以外の波長の分光特性が大きく変化しても肉眼で見える色は変化していないと感じることが判っている。なお、以後の説明では分光特性として分光反射率を代表に説明するが、分光透過率でも同様の効果を奏することは言うまでもない。 First, a color difference correction method in the naked eye observation will be briefly described. The color system in the naked eye is, as shown in the CIE (International Commission on Illumination) standard, in the wavelength range from 380 nm to 780 nm, which is visible light, and the spectral characteristics and tristimulus values x, y, z of the light source used. The color is perceived by the spectral characteristics (spectral reflectance, spectral transmittance, etc.) of the object. Further, if the change in the spectral characteristics in the vicinity of the wavelengths λx, λy, and λz indicating the peak value is small in the stimulation value obtained by multiplying the spectral characteristics of the light source and the tristimulus values x, y, and z, the spectral characteristics of other wavelengths It has been found that the color visible to the naked eye doesn't change even if changes greatly. In the following description, spectral reflectance is described as a representative spectral characteristic, but it goes without saying that the same effect can be obtained with spectral transmittance.
実施の形態に係る光学部材は、光線の入射角度が30度以上で使用されるもので、波長380nmから波長780nmの可視光の分光反射率特性に2から4の極大値を有し、光学部材への光線の入射角度が変化したとき、使用する光源の分光特性とCIE3刺激値x、y、zとの積のピーク波長λx、λy、λz近傍における分光反射率特性の変動幅が20%以内になるように形成されている。 The optical member according to the embodiment is used at a light incident angle of 30 degrees or more, and has a maximum value of 2 to 4 in the spectral reflectance characteristics of visible light having a wavelength of 380 nm to 780 nm. When the incident angle of the light beam changes, the fluctuation range of the spectral reflectance characteristics in the vicinity of the peak wavelengths λx, λy, λz of the product of the spectral characteristics of the light source used and the CIE tristimulus values x, y, z is within 20% It is formed to become.
このように光学部材を形成することで、ピーク値波長λx、λy、λz近傍の分光反射率変化を所定の範囲に抑え、光学部材に入射する光線の入射角度が変化したときに生じる肉眼での色差を感じさせないようにすることを可能にしている。 By forming the optical member in this manner, the spectral reflectance change in the vicinity of the peak value wavelengths λx, λy, and λz is suppressed to a predetermined range, and it occurs when the incident angle of the light incident on the optical member changes. It makes it possible not to feel the color difference.
図1は、D65光源特性とCIE3刺激値とを掛け合わせた刺激値の分光反射率特性を示している。この図より、刺激値がピークとなる波長は、ほぼλx=600nm、λy=550nm、λz=450nm、である。これらの波長近傍において、光線の入射角度が変化したとき、光学部材の分光反射率特性の変動幅が所定範囲以内になるように光学薄膜を形成すれば、肉眼で色差を感じさせないようにすることが可能になる。 Figure 1 shows the spectral reflectance characteristics of the stimulus value obtained by multiplying the illuminant D 65 characteristics and CIE3 stimulus value. From this figure, the wavelengths at which the stimulation value peaks are approximately λx = 600 nm, λy = 550 nm, and λz = 450 nm. If the optical thin film is formed so that the fluctuation range of the spectral reflectance characteristics of the optical member falls within a predetermined range when the incident angle of the light beam changes in the vicinity of these wavelengths, the color difference should not be felt with the naked eye. Is possible.
図2は、上記指針に基づき設計した光学薄膜により形成した、例えばハーフミラーの分光反射率特性を示している。以後、光学部材としてハーフミラーを代表に説明する。 FIG. 2 shows spectral reflectance characteristics of, for example, a half mirror formed by an optical thin film designed based on the above guidelines. Hereinafter, a half mirror will be described as a representative optical member.
図2から判るように、実施の形態に係るハーフミラーは、可視光の分光反射率特性に2つ(入射角度45、35度)あるいは3つ(入射角度55度)の極大値を有している。図2では、入射角度35の場合、波長450nmのとき反射率71.63%、波長598nmのとき反射率71.81%と2つの極大値を有している。
As can be seen from FIG. 2, the half mirror according to the embodiment has two maximum values (incident angles of 45 and 35 degrees) or three (incident angles of 55 degrees) in the spectral reflectance characteristics of visible light. Yes. In FIG. 2, in the case of the
このように分光反射率特性において、極大値が少ないことは、ハーフミラーに形成した反射防止膜等の光学薄膜の層数が少ないことに相当する。これにより、光学部材の製造工数を削減でき、安価にハーフミラーを製造することができる。 Thus, in the spectral reflectance characteristic, a small maximum value corresponds to a small number of optical thin films such as an antireflection film formed on the half mirror. Thereby, the manufacturing man-hour of an optical member can be reduced and a half mirror can be manufactured cheaply.
また、図2に示すように、ピーク波長λx=600±30nm、λy=550±30nm、λz=450±15nm、および光線の入射角度θiが45度±10度において、反射率の変動幅が20%以内に抑えられている。 Further, as shown in FIG. 2, when the peak wavelength λx = 600 ± 30 nm, λy = 550 ± 30 nm, λz = 450 ± 15 nm, and the incident angle θi of the light beam is 45 degrees ± 10 degrees, the reflectance fluctuation range is 20 %.
例えば、ピーク波長λxは、波長570nmで反射率70.86%(θi=35°)、71.91%(θi=45°)、72.61%(θi=55°)、波長600nmで反射率71.81%(θi=35°)、71.57%(θi=45°)、69.94%(θi=55°)、波長630nmで反射率69.76%(θ=35°)、67.17%(θi=45°)、62.41%(θi=55°)である。 For example, the peak wavelength λx has a reflectance of 70.86% (θi = 35 °), 71.91% (θi = 45 °), 72.61% (θi = 55 °) at a wavelength of 570 nm, and a reflectance at a wavelength of 600 nm. 71.81% (θi = 35 °), 71.57% (θi = 45 °), 69.94% (θi = 55 °), reflectivity 69.76% (θ = 35 °) at a wavelength of 630 nm, 67 .17% (θi = 45 °), 62.41% (θi = 55 °).
また、ピーク波長λyは、波長520nmで67.60%(θi=35°)、68.23%(θi=45°)、69.46%(θi=55°)、波長550nmで反射率69.63%(θi=35°)、70.91%(θi=45°)、72.38%(θi=55°)、波長580nmで反射率71.41%(θ=35°)、72.16%(θi=45°)、72.23%(θi=55°)である。 The peak wavelength λy is 67.60% (θi = 35 °), 68.23% (θi = 45 °), 69.46% (θi = 55 °) at a wavelength of 520 nm, and the reflectance is 69.60% at a wavelength of 550 nm. 63% (θi = 35 °), 70.91% (θi = 45 °), 72.38% (θi = 55 °), reflectance 71.41% (θ = 35 °) at a wavelength of 580 nm, 72.16 % (Θi = 45 °) and 72.23% (θi = 55 °).
また、ピーク波長λzは、波長435nmで67.89%(θi=35°)、69.84%(θi=45°)、69.12%(θi=55°)、波長450nmで反射率71.63%(θi=35°)、70.13%(θi=45°)、69.25%(θi=55°)、波長465nmで反射率70.44%(θ=35°)、68.71%(θi=45°)、68.67%(θi=55°)である。 The peak wavelength λz is 67.89% (θi = 35 °), 69.84% (θi = 45 °), 69.12% (θi = 55 °) at a wavelength of 435 nm, and the reflectance is 71.71 at a wavelength of 450 nm. 63% (θi = 35 °), 70.13% (θi = 45 °), 69.25% (θi = 55 °), reflectance at a wavelength of 465 nm, 70.44% (θ = 35 °), 68.71 % (Θi = 45 °) and 68.67% (θi = 55 °).
図3は、上記ハーフミラーへの光線の入射角度とCIE色座標X、Yを表にしたものである。各入射角度において、Xが約3.110付近、Yが約3.320付近にあり色座標の変動が小さい。この結果、このハーフミラーは、光線の入射角度が変化しても、肉眼では色の変化を感じることがない。 FIG. 3 is a table showing incident angles of light rays to the half mirror and CIE color coordinates X and Y. At each incident angle, X is about 3.110 and Y is about 3.320, and the variation of the color coordinates is small. As a result, even if the incident angle of the light beam changes, the half mirror does not feel a color change with the naked eye.
このように、実施の形態に係るハーフミラーでは、D65光源特性とCIE3刺激値x、y、zを掛け合わせたときの刺激値のピーク波長λx±30nm、λy±30nm、λz±15nmにおける反射率の変動幅を20%以内に抑えることで、色差を肉眼で感じさせないようにすることを達成している。なお、実施形態の効果を確実にするために、変動幅を15%以内にすることが好ましい。また、実施形態の効果をさらに確実にするために、変動幅を12%以内にすることが好ましい。 Thus, in the half mirror according to the embodiment, D 65 light source characteristics and CIE3 stimulus values x, y, a peak wavelength [lambda] x ± 30 nm of the stimulus value when multiplied by the z, [lambda] y ± 30 nm, the reflection of the [lambda] z ± 15 nm By suppressing the fluctuation range of the rate within 20%, it is possible to prevent the color difference from being felt with the naked eye. In order to secure the effect of the embodiment, it is preferable that the fluctuation range is within 15%. In order to further secure the effect of the embodiment, it is preferable that the fluctuation range is within 12%.
また、このハーフミラーは、上記特性を10層膜以下の光学薄膜(TiO2/SiO2)で達成している。これは、可視光の反射率特性をほぼフラットな特性にするために12層から15層以上の光学薄膜を形成する場合に比べて少ない層数で光線の入射角度が変化した際の色差を少なくすることを達成している。 In addition, this half mirror achieves the above characteristics with an optical thin film (TiO 2 / SiO 2 ) of 10 layers or less. This reduces the color difference when the incident angle of the light beam is changed with a small number of layers compared to the case where an optical thin film of 12 to 15 layers or more is formed in order to make the visible light reflectance characteristic substantially flat. Have achieved that.
次に、実施の形態に係る光学部材を有するカメラについて図4を参照して説明する。 Next, a camera having an optical member according to the embodiment will be described with reference to FIG.
図4において、カメラ1は、撮影レンズ2を備えたデジタル一眼レフカメラである。カメラ1において、不図示の物体(被写体)からの光は、撮影レンズ2で集光されて、実施の形態に係る光学部材であるクイックリターンミラー3を介して焦点板4に結像される。そして焦点板4に結像されたこの光は、ペンタプリズム5中で複数回反射されて接眼レンズ6へ導かれる。これにより撮影者は、被写体像を接眼レンズ6で正立像として観察することができる。
In FIG. 4, the camera 1 is a digital single-lens reflex camera provided with a photographing lens 2. In the camera 1, light from an object (subject) (not shown) is collected by the photographing lens 2 and focused on the focusing
また、撮影者によって不図示のレリーズボタンが押されると、クイックリターンミラー3が光路外へ退避し、不図示の被写体からの光は撮像素子7へ到達する。これにより被写体からの光は、撮像素子7によって撮像されて、被写体画像として不図示のメモリに記録される。このようにして、撮影者はカメラ1による被写体の撮影を行うことができる。
When the release button (not shown) is pressed by the photographer, the
カメラ1は、実施の形態に係る光学部材のクイックリターンミラー3を有することにより、光線の入射角度が変化しても色差のない高い結像性能を達成することができる。
By having the
以上述べたように、実施の形態に係る光学部材は、使用する光源(例えば、D65光源)の分光特性とCIE3刺激値x、y、zを掛け合わせた刺激値のピーク波長λx、λy、λz近傍における分光反射率の変動幅を所定値以内にすることで肉眼での色差を少なくすることを達成している。この結果、光学薄膜の層数を従来に比べ少なくすることができ、安価に光学部材を製造することが可能になる。 As described above, the optical member according to the embodiment, the light source used (e.g., D 65 light source) of the spectral characteristics and CIE3 stimulus values x, y, peak wavelength λx stimulus value obtained by multiplying the z, [lambda] y, By making the fluctuation range of the spectral reflectance near λz within a predetermined value, the color difference with the naked eye is reduced. As a result, the number of layers of the optical thin film can be reduced as compared with the prior art, and the optical member can be manufactured at low cost.
なお、実施の形態における分光特性は、ハーフミラー、クイックリターンミラー等のミラーに限らず、他の光学部材、例えばレンズ面、あるいはフィルタ面等に適用することも可能である。 The spectral characteristics in the embodiments are not limited to mirrors such as half mirrors and quick return mirrors, but can be applied to other optical members such as lens surfaces or filter surfaces.
また、上記説明では、光源としてD65光源を例に説明したが、他の光源(例えば、標準光源A、補助標準光源C等)、あるいは実際に使用する光源(例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、カメラの補助光源等)でも同様の効果を奏することは言うまでもない。 In the above description, the D 65 light source is described as an example of the light source. However, other light sources (for example, standard light source A, auxiliary standard light source C, etc.) or light sources actually used (for example, mercury lamp, xenon lamp, Needless to say, the same effect can be obtained with an auxiliary light source of a camera.
また、光学装置としてカメラを示したが、これ以外の光学測定器等にも適用できることは言うまでもない。 Moreover, although the camera was shown as an optical apparatus, it cannot be overemphasized that it is applicable also to optical measuring instruments other than this.
1 カメラ
2 撮影レンズ
3 クイックリターンミラー
4 焦点板
5 ペンタプリズム
6 接眼レンズ
7 撮像素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Camera 2
Claims (7)
前記光学部材は、前記可視光の分光特性に2から4の極大値を有し、当該光学部材への光線の入射角度が変化したとき、使用する光源の前記可視光の分光特性とCIE3刺激値x、y、zとの積のピーク波長λx、λy、λz近傍における該光学部材の分光特性の変動幅が20%以内に形成されていることを特徴とする光学部材。 An optical member used at an incident angle of visible light rays of 30 degrees or more,
The optical member has a maximum value of 2 to 4 in the spectral characteristic of the visible light, and when the incident angle of the light beam to the optical member changes, the spectral characteristic of the visible light and the CIE tristimulus value of the light source to be used An optical member characterized in that the fluctuation range of the spectral characteristics of the optical member in the vicinity of the peak wavelengths λx, λy, λz of the product of x, y, z is formed within 20%.
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